DE102022134001A1

DE102022134001A1 - Verbundstruktur zur geräuschdämmung zur anwendung bei breitbandfrequenzen, und mehrfachverbundlage mit derselben

Info

Publication number: DE102022134001A1
Application number: DE102022134001.5A
Authority: DE
Inventors: Jung Wook Lee; Myoung Ok Lee; Jong Jin Park; Jun Hyuk Kwak
Original assignee: Jjns; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Jjns; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2022-06-16
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-12-21
Also published as: KR20230172759A; US20230405965A1; CN117246254A

Abstract

Es wird eine Verbundstruktur zur Geräuschdämmung und eine Mehrfachverbundlage, die diese enthält, vorgesehen. Die Verbundstruktur kann eine erste Lagenschicht, die erste hexagonale Zellen enthält, die ein hexagonales Muster bilden, eine elastische Filmschicht, die auf die erste Lagenschicht laminiert ist und Polymere enthält, und eine zweite Lagenschicht, die auf die elastische Filmschicht laminiert ist und zweite hexagonale Zellen enthalten, die ein hexagonales Muster bilden, umfassen. Die erste hexagonale Zelle weist ein Zentrum auf, in dem sich ein Punkt befindet, an dem Eckpunkte einer Mehrzahl von zweiten hexagonalen Zellen verbunden sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verbundstruktur zur Geräuschdämmung und eine Mehrfachverbundlage, die diese enthält. Die Verbundstruktur zur Geräuschdämmung kann bei Breitbandfrequenzen angewandt werden.
HINTERGRUND
Während der Fahrt eines Fahrzeugs dringen Geräusche, die durch den Betrieb eines Motors und eines Antriebsmotors erzeugt werden, in den Innenraum des Fahrzeugs ein, und Geräusche, die durch die Reibung zwischen einem Reifen und dem Boden erzeugt werden, dringen durch den Fahrzeugboden ebenfalls in den Innenraum des Fahrzeugs ein.
Aus diesem Grund werden verschiedene Arten von schallabsorbierenden und schalldämmenden Materialien verwendet, um zu verhindern, dass Fahrzeuggeräusche in das Innere des Fahrzeugs eindringen.
Ein Urethanschaum, eine Art von herkömmlichem schallabsorbierendem Material, kann die Schallabsorptionsleistung durch eine Änderung der Zellstruktur verbessern oder die Leistung durch eine Verringerung der Dicke der Faserbestandteile verbessern, so dass Vliesstoff in Nanofasern oder Mikrofasern umgewandelt wird.
Da die Leistung des schallabsorbierenden Materials proportional zu seinem Gewicht oder seiner Dicke ist, kann die Leistung zudem durch Erhöhung des Gewichts oder der Dicke verbessert werden.
Wenn das Gewicht und die Dicke des schallabsorbierenden Materials oder schalldämmenden Materials erhöht werden, um die Leistung zu verbessern, erhöhen sich aus diesem Grund das Gewicht und der Preis der Bestandteile.
Da inzwischen die Tendenz besteht, den Innenraum von Elektrofahrzeugen zu vergrößern, kann die Dicke des schallabsorbierenden und -dämmenden Materials nur begrenzt erhöht werden. Um die Nachteile des herkömmlichen schallabsorbierenden und -dämmenden Materials zu überwinden, wird daher unter Verwendung einer akustischen Metastruktur ein schalldämmendes Material entwickelt.
Die traditionelle Metastruktur weist einen symmetrischen Rahmen auf, und die Schalldämmeigenschaften sind nur in Form einer reinen elastischen Filmmode wirksam. Problematisch bei der symmetrischen Struktur ist jedoch, dass eine Resonanzmode, in dem eine Null-Masse-Mode auftritt, in mehreren Formen erzeugt wird, so dass ein Bereich vorhanden sein muss, in dem Schallwellen gut übertragen werden.
Dementsprechend verringert sich der Gesamtschalldämmeffekt, was zu einer Anfälligkeit für Breitbandeigenschaften führt.
Zudem werden bei Verwendung eines Verfahrens zur Begrenzung von Variablen, um die Eigenschaften eines Schalldämmpaneels zu verbessern, die Eigenschaften durch die Höhe eines Rahmens gesteuert, so dass eine mehrschichtige Struktur aufgebracht wird, um die Dicke des Produkts zu erhöhen.
Da ein elastischer Film große freiliegende Bereiche in der symmetrischen Struktur aufweist, ist es darüber hinaus schwierig, den elastischen Film so zu gestalten, dass er eine große grundlegende Einheitsstruktur aufweist, die sehr haltbar und leicht zu verändern ist, wodurch die Beschränkung geschaffen wird, dass ein Hauptgrenzfrequenzbereich auf hohe Frequenzen begrenzt ist.
Aus diesem Grund ist es im Stand der Technik notwendig, eine Verbundstruktur zu entwickeln, die leicht ist, eine reduzierte Dicke aufweist und im Vergleich zu bestehenden schallabsorbierenden Materialien eine wesentlich verbesserte Schalldämmleistung aufweist, indem die herkömmliche Metamaterialstruktur verbessert wird.
Die in diesem Abschnitt bezüglich des Hintergrunds offenbarten obigen Informationen sollen lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrundes der Erfindung dienen und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der hierzulande einem Fachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
In bevorzugten Aspekten sind eine Verbundstruktur, die leicht ist, eine reduzierte Dicke aufweist, eine wesentlich verbesserte Schalldämmleistung im Vergleich zu herkömmlichen schallabsorbierenden Materialien aufweist und für breitbandige Schallfrequenzen anwendbar ist, indem die herkömmliche Metamaterialstruktur verbessert wird, und eine Mehrfachverbundlage, die diese enthält, vorgesehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die oben erwähnte Aufgabe beschränkt. Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung wird aus der folgenden Beschreibung besser ersichtlich und wird durch Verfahren und Kombinationen davon realisiert, wie sie in den Ansprüchen beschrieben sind.
In einem Aspekt ist eine Verbundstruktur zur Geräuschdämmung vorgesehen. Die Verbundstruktur umfasst: eine erste Lagenschicht mit ersten hexagonalen Zellen, die ein hexagonales Muster bilden, eine elastische Filmschicht, die auf die erste Lagenschicht laminiert ist und Polymere enthält, und eine zweite Lagenschicht, die auf die elastische Filmschicht laminiert ist und zweite hexagonale Zellen enthält, die ein hexagonales Muster bilden. Die erste hexagonale Zelle weist ein Zentrum auf, in dem sich ein Punkt befindet, an dem Eckpunkte einer Mehrzahl von zweiten hexagonalen Zellen verbunden sind.
Die erste hexagonale Zelle kann ein Zentrum aufweisen, in dem sich ein Punkt befindet, an dem die Eckpunkte von drei zweiten hexagonalen Zellen verbunden sind.
Die erste hexagonale Zelle kann eine Form eines Hexagons mit sechs gleichen Seiten aufweisen, und die zweite hexagonale Zelle kann die Form eines Hexagons mit sechs gleichen Seiten aufweisen.
Die erste Lagenschicht und die zweite Lagenschicht können eine Wabenstruktur aufweisen.
Eine Seitenlänge der ersten hexagonalen Zelle kann kleiner als ein Drittel einer einfallenden Schallwellenlänge λ sein, und eine Seitenlänge der zweiten hexagonalen Zelle kann kleiner als ein Drittel der einfallenden Schallwellenlänge λ sein.
Der Begriff „einfallende Schallwellenlänge“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Wellenlänge der einfallenden Schallwelle. Die einfallende Schallwelle ist ein Wellenmuster, das sich in einer bestimmten Richtung ausbreitet oder in einer bestimmten Richtung verläuft, z. B. in Richtung der Oberfläche, die zwei Substanzen (z. B. Medien oder Polymermatrix) trennt.
Eine Seitenlänge der ersten hexagonalen Zelle kann ungefähr 10 bis 30 mm betragen, und eine Seitenlänge der zweiten hexagonalen Zelle kann ungefähr 10 bis 30 mm betragen.
Das Polymer kann zumindest eines von Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyurethan (PU), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Latex oder einer beliebigen Kombination davon enthalten.
Die erste Lagenschicht kann eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 2 mm aufweisen, die zweite Lagenschicht kann eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 2 mm aufweisen und die elastische Filmschicht kann eine Dicke von ungefähr 100 bis 150 µm aufweisen.
Die Verbundstruktur kann geeigneterweise eine Gesamtdicke von ungefähr 1,5 bis 2,5 mm aufweisen, und die Verbundstruktur kann eine Gesamtbreite von ungefähr 50 bis 150 mm aufweisen.
Eine Seitenlänge der ersten hexagonalen Zelle kann geeigneterweise etwa 10 bis 30 mm betragen, eine Seitenlänge der zweiten hexagonalen Zelle kann ungefähr 10 bis 30 mm betragen, und die eine Seitenlänge kann in Abhängigkeit von der Größe der Schallfrequenz angepasst sein.
In einem anderen Aspekt ist eine Mehrfachverbundlage vorgesehen, die eine Mehrzahl der hierin beschriebenen Verbundstrukturen enthält. Die Verbundstrukturen mit unterschiedlichen Breiten können abwechselnd angeordnet sein.
Alternativ ist in einem anderen Aspekt eine Mehrfachverbundlage vorgesehen, die eine Mehrzahl von Verbundstrukturen enthält. Die Verbundstrukturen mit unterschiedlichen Breiten können gestapelt sein.
Ferner ist ein Fahrzeugteil zur Geräuschdämmung vorgesehen. Das Fahrzeugteil kann die die hier beschriebene Verbundstruktur enthalten.
Ferner ist ein Fahrzeug vorgesehen, das das hier beschriebene Fahrzeugteil einschließt.
Andere Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend erörtert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon ausführlich beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, die im Folgenden lediglich zur Veranschaulichung wiedergegeben werden und daher die vorliegende Offenbarung nicht beschränken, und wobei:

1A eine dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
1 Beine Querschnittsansicht von 1A zeigt;
1C eine Draufsicht von 1 A zeigt;
2 eine Querschnittsansicht der Positionen, in denen erste hexagonale Zellen und zweite hexagonale Zellen in einer Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind, zeigt;
3A Befestigungspositionen auf einer Verbundstruktur und freigelegten Bereichen einer elastischen Filmschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3B Bewegungsrichtungen einer elastischen Filmschicht in einer Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 das Ergebnis der Messung des Übertragungsverlusts dB gegenüber der Frequenz einer Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform und einer vergleichbaren Ausführungsform zeigt;
5A und 5B die Beziehung zwischen einer Seitenlänge einer hexagonalen Zelle und einer einfallenden Schallwellenlänge λ zeigen;
6 gemessene Abmessungen in einer Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
7A und 7B die Größe einer Verbundstruktur basierend auf der Änderung einer Seitenlänge einer hexagonalen Zelle zeigen;
8A eine Draufsicht auf eine Anordnung von Verbundstrukturen auf einer Mehrfachverbundlage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
8B den Schalldämmfrequenzbereich von 8A zeigt;
9A eine Draufsicht auf jede der Verbundstrukturen, die in einer Mehrfachverbundlage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gestapelt sind, zeigt;
9B den Querschnitt einer Mehrfachverbundlage gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt; und
9C den Schalldämmfrequenzbereich einer Mehrfachverbundlage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.

Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, wie hierin offenbart, einschließlich zum Beispiel spezifische Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt.
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Offenbarung in sämtlichen der verschiedenen Figuren der Zeichnung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in anderen Formen verwirklicht werden. Vielmehr werden die hierin offenbarten Ausführungsformen vorgesehen, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und dem Fachmann das Konzept der Erfindung vollständig vermittelt.
Begriffe, wie etwa „einschließen“ oder „aufweisen“, werden hierin verwendet, und es versteht sich, dass die Begriffe das Vorhandensein mehrerer Komponenten, Funktionen oder Schritte angeben sollen, die in der Beschreibung offenbart sind, und es versteht sich auch, dass ebenfalls mehr oder weniger Komponenten, Funktionen oder Schritte verwendet werden können. Auch wenn ein Teil, wie etwa eine Schicht, ein Film, ein Bereich, eine Platte oder dergleichen, als „auf“ einem anderen Teil bezeichnet wird, schließt dies nicht nur den Fall ein, das es sich „direkt auf“ einem anderen Teil befindet, sondern auch den Fall, dass ein anderes Teil dazwischen liegt. Umgekehrt, wenn ein Teil, wie etwa eine Schicht, ein Film, ein Bereich, eine Platte oder dergleichen, als „unter“ einem anderen Teil bezeichnet wird, schließt dies nicht nur den Fall ein, dass es sich „direkt unter“ einem anderen Abschnitt befindet, sondern auch den Fall, dass sich ein anderes Teil dazwischen befindet.
Sofern nicht anders angegeben, sind sämtliche Zahlen, Werte und/oder Ausdrücke, die sich auf Mengen von Bestandteilen, Reaktionsbedingungen, Polymerzusammensetzungen und Formulierungen beziehen, die hierin verwendet werden, in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert zu verstehen, da solche Zahlen grundsätzlich Näherungswerte sind, die unter anderem die verschiedenen Messunsicherheiten widerspiegeln, die bei der Ermittlung solcher Werte auftreten.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, ist ferner der Begriff „ungefähr“, wie er hierin verwendet wird, so zu verstehen, dass er innerhalb eines Bereiches normaler Toleranz liegt, zum Beispiel innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. „Ungefähr“ kann als innerhalb von 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,5 %, 0,1 %, 0,05 % oder 0,01 % des angegebenen Wertes verstanden werden. Sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt, sind sämtliche hier angegebenen Zahlenwerte durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung ein Bereich für eine Variable beschrieben wird, versteht es sich, dass die Variable sämtliche Werte einschließlich der Endpunkte innerhalb des angegebenen Bereichs umfasst. Beispielsweise versteht es sich, dass der Bereich von „5 bis 10“ beliebige Teilbereiche, wie etwa 6 bis 10, 7 bis 10, 6 bis 9, 7 bis 9 und dergleichen, sowie einzelne Werte von 5, 6, 7, 8, 9 und 10 umfasst, und es versteht sich auch, dass er jeden Wert zwischen gültigen ganzen Zahlen innerhalb des angegebenen Bereichs, wie etwa 5,5, 6,5, 7,5, 5,5 bis 8,5, 6,5 bis 9 und dergleichen, umfasst. Ebenso versteht es sich zum Beispiel, dass der Bereich von „10 % bis 30 %“ Unterbereiche, wie etwa 10 % bis 15 %, 12 % bis 18 %, 20 % bis 30 % usw., sowie sämtliche ganzen Zahlen einschließlich Werten von 10 %, 11 %, 12 %, 13 % und dergleichen bis zu 30 % umfasst, und es versteht sich auch, dass er jeden Wert zwischen gültigen ganzen Zahlen innerhalb des angegebenen Bereichs, wie etwa 10,5 %, 15,5 %, 25,5 % und dergleichen, umfasst.
Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „fahrzeugtechnisch“ oder andere ähnliche Begriffe, wie hierin verwendet, allgemein Kraftfahrzeuge, wie etwa Personenkraftwagen einschließlich Sport-Nutzfahrzeugen (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen umfasst sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Kraftfahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) einschließt. Wie hierin erwähnt, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verbundstruktur zur Geräuschdämmung, die für Breitbandfrequenzen anwendbar ist, und eine Mehrfachverbundlage, die diese enthält. Die Konfiguration der Verbundstruktur wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Eine Verbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 1A bis 1C wie folgt beschrieben. Dabei zeigt 1A eine dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Verbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung. 1B ist eine Querschnittsansicht von 1A, und 1C ist eine Draufsicht von 1A.
Wie in 1 A bis 1C gezeigt, umfasst eine Verbundstruktur 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine erste Lagenschicht 10, die erste hexagonale Zellen 11 enthält, die ein hexagonales Muster bilden, eine elastische Filmschicht 20, die auf die erste Lagenschicht 10 laminiert ist und Polymere enthält, und eine zweite Lagenschicht 30, die auf die elastische Filmschicht 20 laminiert ist und zweite hexagonale Zellen 31 enthält, die ein hexagonales Muster bilden, wobei die erste hexagonale Zelle 11 ein Zentrum aufweist, in dem sich ein Punkt A befindet, an dem Eckpunkte einer Mehrzahl von zweiten hexagonalen Zellen 31 verbunden sind.
Die Verbundstruktur 100 umfasst eine dreischichtige Struktur, in der die erste Lagenschicht 10, die elastische Filmschicht 20 und die zweite Lagenschicht 30 in dieser Reihenfolge gestapelt sind.
Die erste Lagenschicht 10 umfasst erste hexagonale Zellen 11, die ein hexagonales Muster bilden. Die erste hexagonale Zelle 11 kann ein Zentrum aufweisen, in dem sich ein Punkt befindet, an dem Eckpunkte von drei zweiten hexagonalen Zellen 31 verbunden sind. Dementsprechend können die erste Lagenschicht 10 und die zweite Lagenschicht 30 eine asymmetrische Bindungsstruktur aufweisen.
Die zweite Lagenschicht 30 kann auf die elastische Filmschicht 20 laminiert sein und kann zweite hexagonale Zellen 31 aufweisen, die ein hexagonales Muster bilden.
Die zweite Lagenschicht 30 weist die gleiche Konfiguration wie die erste Lagenschicht 10 auf und ist mit der elastischen Filmschicht 20 verbunden, während sie asymmetrisch zu der ersten Lagenschicht 10 angeordnet ist.
Das Material der ersten Lagenschicht 10 und der zweiten Lagenschicht 30 kann jeder herkömmliche spritzgießbare Kunststoff, wie etwa Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die erste hexagonale Zelle 11 und die zweite hexagonale Zelle 31 können eine hexagonale Form mit 6 Seiten aufweisen, die gleich lang sind.
Insbesondere können die erste Lagenschicht 10 und die zweite Lagenschicht 30 eine Wabenstruktur aufweisen. Die Wabenstruktur bezieht sich dabei auf eine Gitterstruktur mit einem Leerraum in Form einer hexagonalen Säule.
Die elastische Filmschicht 20 wandelt Schallwellen der Luft in elastische Wellen um. Die elastische Filmschicht 20 ist auf die erste Lagenschicht 10 laminiert und schließt Polymere ein.
Das Polymer kann zumindest eines von Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyurethan (PU), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Latex oder einer beliebigen Kombination davon umfassen.
2 zeigt eine Querschnittsansicht, die die Positionen veranschaulicht, an denen erste hexagonale Zellen und zweite hexagonale Zellen in einer Verbundstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung verbunden sind.
Wie in 1C und 2 gezeigt, weist die erste hexagonale Zelle 11 eine Form eines Hexagons mit sechs gleichen Seiten auf, und die zweite hexagonale Zelle 31 weist die Form eines Hexagons mit sechs gleichen Seiten auf, und als solches kann die erste hexagonale Zelle 11 ein Zentrum aufweisen, in dem sich ein Punkt A, an dem Eckpunkte der zweiten hexagonalen Zellen 31 verbunden sind, befindet.
Insbesondere kann die erste hexagonale Zelle ein Zentrum aufweisen, in dem sich ein Punkt befindet, an dem Eckpunkte von drei zweiten hexagonalen Zellen verbunden sind.
3A veranschaulicht Befestigungspositionen auf der Verbundstruktur und freiliegende Bereiche der elastischen Filmschicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 3A gezeigt, sind ein Punkt der ersten Lagenschicht 10, ein Punkt der elastischen Filmschicht 20 und ein Punkt der zweiten Lagenschicht 30 an einer Position A befestigt. Zudem weist die elastische Filmschicht 20 aufgrund der Befestigung einen freiliegenden Bereich B auf.
Daher weist die Verbundstruktur zur Geräuschdämmung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine asymmetrische Struktur auf, um die Freilegung der elastischen Filmschicht 20 zu reduzieren.
3B veranschaulicht Bewegungsrichtungen der elastischen Filmschicht in der Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 3B gezeigt, bewegt sich die erste Lagenschicht 10 bei der Bewegung der elastischen Filmschicht 20 in einer Grundmode nach oben (+), und wenn sie sich nach unten bewegt (-), wird sie so verschoben, dass sie eine Rautenform aufweist, und bewegt sich in der Grundmode zurück, wenn sie von der zweiten Lagenschicht 30 aus betrachtet wird.
Mit anderen Worten, da sich die erste Lagenschicht 10 und die zweite Lagenschicht 30 asymmetrisch auf der elastischen Filmschicht 20 bewegen, tritt keine Null-Masse-Mode auf, und somit wird kein Bereich erzeugt, in dem Schallwellenenergie übertragen wird.
4 veranschaulicht das Ergebnis der Messung des Übertragungsverlusts dB gegenüber der Frequenz einer Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform und einer vergleichbaren Ausführungsform.
Wie in 4 gezeigt, weist die Verbundstruktur 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufgrund ihrer symmetrischen Struktur keinen Null-Masse-Effekt auf. Zudem wird für die Verbundstruktur 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhergesagt, dass sie höhere Schalldämmeigenschaften als ein Massengesetzdiagramm aufweist.
Andererseits zeigt die Verbundstruktur gemäß einer Ausführungsform eine Tendenz, bei der der Transmissionsverlust unterhalb des Massengesetzdiagramms abrupt abnimmt.
Dabei weist das herkömmliche akustische Metamaterial mit elastischer Filmstruktur ein schmales Frequenzband auf, in dem eine Antiresonanzmode erzeugt wird, und hat somit den Nachteil, dass der Übertragungsverlust in einigen Frequenzbereichen plötzlich reduziert wird. In der Verbundstruktur zur Geräuschdämmung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann jedoch eine Schalldämmstruktur, die auf mehreren Antiresonanzmoden basiert, Schallwellen blockieren, indem sie einen Bereich, der schallgedämmt werden soll, unterteilt und die Bewegung von Schallwellen künstlich unendlich macht.
Dementsprechend wird in der Verbundstruktur für die Geräuschdämmung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wenn eine Seite eines ähnlichen Bereichs einen positiven Wert aufweist und eine andere Seite einen negativen Wert aufweist, der Durchschnittswert Null. Dabei muss die Energie der Schallwellen durch den elastischen Film übertragen werden, und die Nettoverschiebung des gesamten elastischen Films wird aufgrund der Antiresonanzbewegung des elastischen Films Null. Dementsprechend kann in der Verbundstruktur zur Geräuschdämmung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Nettoverschiebung Null werden, und die effektive Dichte der Luft kann maximiert werden.
Zudem zeigt die Verbundstruktur zur Geräuschdämmung breitbandige akustische Eigenschaften, bei denen der Null-Masse-Effekt durch Verwendung einer Struktur eliminiert wird, bei der der asymmetrische Rahmen den Bereich vergrößert, in dem eine Antiresonanzmode erzeugt wird, und die Resonanzmode aufhebt.
In der Verbundstruktur 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Seitenlänge La der ersten hexagonalen Zelle 11 und der zweiten hexagonalen Zelle 31 unter Berücksichtigung der Wellenlänge eines zu blockierenden Frequenzbandes ausgebildet sein.
5A und 5B veranschaulichen die Beziehung zwischen einer Seitenlänge einer hexagonalen Zelle und einer einfallenden Schallwellenlänge λ.
Wie in 5A veranschaulicht, kann eine Seitenlänge La der ersten hexagonalen Zelle kleiner als ein Drittel einer einfallenden Schallwellenlänge λ sein, und eine Seitenlänge La der zweiten hexagonalen Zelle kann kleiner als ein Drittel der einfallenden Schallwellenlänge λ sein.
Wie in 5B veranschaulicht, kann der Blockierungseffekt des einfallenden Schalls verschwinden, da sowohl eine Seitenlänge La der ersten hexagonalen Zelle als auch eine Seitenlänge La der zweiten hexagonalen Zelle eine Sekunde der einfallenden Schallwellenlänge λ beträgt.
Wenn beispielsweise die höchste Frequenz fmax als 10 kHz basierend auf den Breitbandeigenschaften angegeben wird, wird die Wellenlänge λfmax zu 3,4 cm, berechnet bei einer Schallgeschwindigkeit von 340 m/s.
Daher sollte in der Verbundstruktur 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung die eine Seitenlänge La der ersten hexagonalen Zelle und der zweiten hexagonalen Zelle weniger als ungefähr 1,33 cm betragen.
6 zeigt gemessene Abmessungen in einer Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 6 gezeigt, kann in der Verbundstruktur 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Seitenlänge La der ersten hexagonalen Zelle 10 bis 30 mm betragen, und eine Seitenlänge La der zweiten hexagonalen Zelle kann ungefähr 10 bis 30 mm betragen.
Zudem kann die erste Lagenschicht eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 2 mm aufweisen, die zweite Lagenschicht kann eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 2 mm aufweisen, und die elastische Filmschicht kann eine Dicke von 100 bis 150 µm aufweisen.
Daher kann die Verbundstruktur eine Gesamtdicke von ungefähr 1,5 bis 2,5 mm aufweisen, und die Verbundstruktur kann eine Gesamtbreite D von ungefähr 50 bis 150 mm aufweisen.
Dabei kann in einer Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Seitenlänge La einer ersten hexagonalen Zelle und einer zweiten hexagonalen Zelle, die dem Frequenzband des zu blockierenden Geräusches entspricht, so ausgelegt sein, dass sie reguliert werden kann.
7A und 7B veranschaulichen die Größe einer Verbundstruktur basierend auf der Änderung einer Seitenlänge einer hexagonalen Zelle. Wie in 7A und 7B gezeigt, nimmt die Resonanzfrequenz zu, und die Fläche des Rahmens nimmt zu, wenn eine Seitenlänge La der ersten hexagonalen Zelle und der zweiten hexagonalen Zelle abnimmt, wodurch sich die Flächendichte erhöht.
Aus diesem Grund können in der Verbundstruktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die niedrige Frequenz, die mittlere Frequenz und die hohe Frequenz durch Einstellen der einen Seitenlänge La der ersten hexagonalen Zelle und der zweiten hexagonalen Zelle gezielt abgeschnitten werden.
Da die Verbundstruktur zur Geräuschdämmung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in geringer Größe hergestellt werden kann, ist es zudem möglich, ein Schalldämmpaneel auszubilden, das niedrige Frequenzen blockieren kann.
Insbesondere kann eine Seitenlänge der ersten hexagonalen Zelle 10 bis 30 mm betragen, eine Seitenlänge der zweiten hexagonalen Zelle kann 10 bis 30 mm betragen und die eine Seitenlänge La kann in Abhängigkeit von der Größe der Schallfrequenz angepasst werden.
In einem Aspekt ist eine Mehrfachverbundlage vorgesehen, die eine Verbundstruktur zur Geräuschdämmung beinhaltet. Im Folgenden wird die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
8A zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung von Verbundstrukturen auf einer Mehrfachverbundlage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 8B veranschaulicht den Schalldämmfrequenzbereich von 8A.
Wie in 8A gezeigt, kann eine Mehrfachverbundlage 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Mehrzahl von Verbundstrukturen umfassen, das heißt eine Verbundstruktur a und eine Verbundstruktur b, die unterschiedliche Breiten D1 und D2 aufweisen, die abwechselnd angeordnet sind. Daher kann die Mehrfachverbundlage 200 eine Kombination aus einer Mehrzahl der Verbundstrukturen auf einer Ebene sein.
Wie in 8B gezeigt, nimmt die dominante Resonanzfrequenz zu, wenn die Breite der Verbundstruktur abnimmt.
Daher sind in der Mehrfachverbundlage 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene Frequenzbereiche in einer ebenen Richtung angeordnet, um die Bandbreite für die Schalldämmung zu erhöhen, wodurch die Gesamtschalldämmleistung verbessert wird.
9A zeigt eine Draufsicht auf jede der Verbundstrukturen, die in einer Mehrfachverbundlage gestapelt sind, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 9B veranschaulicht schematisch den Querschnitt einer Mehrfachverbundlage gemäß einer anderen Ausführungsform.
Wie in 9A und 9B gezeigt, kann die Mehrfachverbundlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Mehrzahl von Verbundstrukturen 300 umfassen, das heißt eine Verbundstruktur a, eine Verbundstruktur b und eine Verbundstruktur c, die unterschiedliche Breiten D1, D2 und D3 aufweisen, die gestapelt sind.
Insbesondere wird die Verbundstruktur b mit einer Breite von D2 auf die Verbundstruktur a mit einer Breite von D1 laminiert, um dem Frequenzbereich zu entsprechen, in dem der Schalldämmeffekt reduziert ist. Anschließend kann die Verbundstruktur c mit einer Breite von D3 auf die Verbundstruktur b laminiert werden, um dem Frequenzbereich zu entsprechen, in dem der Schalldämmeffekt reduziert ist.
9C veranschaulicht den Schalldämmfrequenzbereich einer Mehrfachverbundlage gemäß einer anderen Ausführungsform.
Wie in 9C gezeigt, wird die Frequenz, die der Charakteristik der Verbundstruktur a entspricht, von dem elastischen Film auf der Verbundstruktur a reflektiert, und die übertragene Frequenz, die der Charakteristik der Verbundstruktur b entspricht, wird von dem elastischen Film auf der Verbundstruktur b reflektiert, und dementsprechend wird eine Grenzfrequenz verbreitert.
Daher kann die Mehrfachverbundlage 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen ausgezeichneten Effekt beim Blockieren einer Breitbandfrequenz aufweisen, indem mehrere Stapel der Verbundstruktur verwendet werden, die eine geringe Dicke aufweisen, oder unterschiedliche Größen der Mehrzahl der Verbundstrukturen angewandt werden.
Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Verbundstruktur zur Geräuschdämmung die Schalldämmleistung verbessern und gleichzeitig das Gewicht und die Dicke im Vergleich zu dem herkömmlichen porösen schallabsorbierenden und -dämmenden Material reduzieren.
Zudem kann die Verbundstruktur zur Geräuschdämmung eine ausgezeichnete Wirkung beim Blockieren von Geräuschen zeigen, indem der Null-Masse-Effekt durch ein Verfahren zur Vergrößerung des Bereichs, in dem die Antiresonanzmode erzeugt wird, und zur Auslöschung der Resonanzmode durch Anwenden einer asymmetrischen Struktur beseitigt wird.
Darüber hinaus kann die Mehrfachverbundlage einen ausgezeichneten Effekt beim Blockieren einer Breitbandfrequenz aufweisen, indem mehrere Stapel der Verbundstruktur, die eine geringe Dicke aufweisen, verwendet werden oder unterschiedliche Größen einer Mehrzahl der Verbundstrukturen angewandt werden.
Die durch die vorliegende Offenbarung erzielten Effekte sind nicht auf die oben genannten Effekte beschränkt.
In der obigen Beschreibung wurden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Fachleute auf dem Gebiet, auf die sich die vorliegende Offenbarung bezieht, werden jedoch verstehen, dass die vorliegende Offenbarung in anderen spezifischen Formen verwirklicht werden kann, ohne die technische Idee oder wesentliche Merkmale davon zu verändern. Daher versteht es sich, dass die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend sind.

Claims

Verbundstruktur zur Geräuschdämmung, umfassend: eine erste Lagenschicht, die eine erste hexagonale Zelle umfasst, die ein hexagonales Muster bildet; eine elastische Filmschicht, die auf der ersten Lagenschicht angeordnet ist und ein Polymer umfasst; und eine zweite Lagenschicht, die auf der elastischen Filmschicht angeordnet ist und eine zweite hexagonale Zelle umfasst, die ein hexagonales Muster bildet, wobei die erste hexagonale Zelle ein Zentrum aufweist, in dem sich ein Punkt befindet, an dem Eckpunkte einer Mehrzahl von zweiten hexagonalen Zellen verbunden sind.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste hexagonale Zelle ein Zentrum aufweist, in dem sich ein Punkt befindet, an dem Eckpunkte von drei zweiten hexagonalen Zellen verbunden sind.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei: die erste hexagonale Zelle eine Form eines Hexagons mit sechs gleichen Seiten aufweist, und die zweite hexagonale Zelle die Form eines Hexagons mit sechs gleichen Seiten aufweist.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste Lagenschicht und die zweite Lagenschicht eine Wabenstruktur aufweisen.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei: eine Seitenlänge der ersten hexagonalen Zelle kleiner als ein Drittel einer einfallenden Schallwellenlänge λ ist, und eine Seitenlänge der zweiten hexagonalen Zelle kleiner als ein Drittel der einfallenden Schallwellenlänge λ ist.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei: eine Seitenlänge der ersten hexagonalen Zelle ungefähr 10 bis 30 mm beträgt, und eine Seitenlänge der zweiten hexagonalen Zelle ungefähr 10 bis 30 mm beträgt.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei das Polymer zumindest eines von Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyurethan (PU), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Latex oder einer beliebigen Kombination davon umfasst.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei: die erste Lagenschicht eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 2 mm aufweist, die zweite Lagenschicht eine Dicke von ungefähr 0,5 bis 2 mm aufweist, und die elastische Filmschicht eine Dicke von ungefähr 100 bis 150 µm aufweist.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei: die Verbundstruktur eine Gesamtdicke von ungefähr 1,5 bis 2,5 mm aufweist, und die Verbundstruktur eine Gesamtbreite von ungefähr 50 bis 150 mm aufweist.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, wobei: eine Seitenlänge der ersten hexagonalen Zelle ungefähr 10 bis 30 mm beträgt, eine Seitenlänge der zweiten hexagonalen Zelle ungefähr 10 bis 30 mm beträgt, und die eine Seitenlänge in Abhängigkeit von der Größe der Schallfrequenz angepasst wird.
Mehrfachverbundlage, umfassend: eine Mehrzahl von Verbundstrukturen nach Anspruch 1, wobei die Verbundstrukturen, die unterschiedliche Breiten aufweisen, abwechselnd angeordnet sind.
Mehrfachverbundlage, umfassend: eine Mehrzahl von Verbundstrukturen nach Anspruch 1, wobei die Verbundstrukturen, die unterschiedliche Breiten aufweisen, gestapelt sind.
Fahrzeugteil zur Geräuschdämmung, umfassend eine Verbundstruktur nach Anspruch 1.
Fahrzeug, umfassend ein Fahrzeugteil nach Anspruch 13.